1、本科畢業論文（設計）開題報告物理模型與中學物理教學的研究題目類型口理論研究，口應用研究口設計開發 口其他命題來源口教師命題 ,口學生自主命題口教師科研課題擬完成時間2013年4月1日一、選題依據及意義（不少于300字）物理學是研究自然界中物質的基本結構和基本運動的學科，由于物理學的特殊性，在傳統的教學模式下，學生解答一般的物理的習題 還是不成問題的，但這樣就把學生教條化，在遇到實際的物理現象時 候，學生可能力不從心，不知道如何下手。物理模型是物理規律和理 論賴以建立的基礎，在中學物理，中學生所學習的每一條物理原理、 定理或定律都與一定的物理模型相聯系。解決每個物理問題的過程， 都選用物理模型。

2、熟練使用模型方法是學生應該具備的基本物理素 質。在中學物理教學中如何引導學生對物理模型及其科學方法的正確 有效建立及其思維方法的掌握，直接關系到中午物理教學及學生學習 的成敗。因此，物理模型的研究對于中學物理教學的理論和實踐方面 具有重要的指導意義和應用價值。理論層面上 ，雖然有關物理建模的 研究較多，但因研究不同，整體研究物理模型教學的不多，通過研究 全面的中學物理模型教學理論，能夠幫助整體把握物理模型教學。 實 踐層面上，重視物理模型的建立過程，探討了這一新模式的教學策略， 和教學流程，并給出了教學案例供參考。物理模型使物理問題簡單化， 從而幫助中學生更容易改進學習方法， 增強學習能力，擴

3、展中學生物 理學習的深度和寬度，進而更好地提高中學生的科學素養。二、研究目標與主要內容（含論文（設計）提綱，不少于500字）1 .研究目標：近幾年高考改革總趨勢是由知識立意轉向能力立意， 試題內容大多源于生產生活實際，面對這一類原始物理問題，學生最 頭痛的就是不知道如何建立合理的物理模型，于是就只能是亂套公 式，因此抽象出合適的物理模型顯得尤為重要。在新課程改革大環境下，現今的教育要求培養的人才具有創新能 力，而我國現階段的物理教學中，對模型思維能力的培養往往忽略， 這就不利于學生掌握科學的思維方法，物理模型教學能幫助學生掌握 物理模型建立的，培養科學思維方法和創新實踐能力， 因此物理教學 中

4、應提高對模型教學的重視。物理模型既是重要的學習方法，也是重 要學習內容。物理模型教學有利于加強學生創新能力和科學研究力。本文的目的是，通過對當前物理模型教學現狀進行研究，又對現有物理模型教學理論進行理論綜述， 運用了文獻研究和案例研究兩種 研究方法，研究整理當前與物理模型教學有關的教學理論， 了解中學 物理模型教學現狀，深入分析模型教學中的模型建立過程以解決學生 建模能力弱的問題，提高學生解決問題的能力，提出有效的中學物理 模型教學流程，理論層面上豐富自身物理教育學理論，最后以“探究 平拋運動規律”為教學案例，對物理模型教學做好整體的把握。本文 希望通過對物理模型教學的整體研究，形成系統的物理

5、模型教學理 論。通過研究，既豐富物理教學理論，又可對物理模型教學進行總體 的把握。2 .主要內容（提綱）：（1）物理模型的概念、分類、特性及心理學基礎；（2）物理模型的 教學過程理論；（3）在不同課型中的物理模型教學，包括物理概念、 規律、習題的模型教學；（4）物理模型教學案例：“探究平拋運動規 律”教學案例，由此對物理模型教學做好整體的把握。三、研究方法和手段（一）研究方法本文主要使用了文獻研究、案例分析等科學研究方法。（1）文獻研究：在研究過程中查閱了國內外大量的相關報道、 期刊文獻、論文著作，并對之進行提取、整理、歸類從而確定了此項 研究工作的重要意義。對國內傳統的物理模型教學的相關研究

6、情況進 行比較分析，吸收一些成果到物理模型教學中來。（2）案例分析：結合“探究平拋運動規律”這節給出了具體的 物理模型教學過程和方法。（二）研究手段以傳統文獻檢索手段為主，輔以網絡、數據庫等手段，開展資料 收集、數據整理等工作。四、參考文獻目錄 （作者、書名或論文（設計）題目、出版社或刊號、出版年月或出版 期號）參考文獻1廖建平，基于原始問題解決的中學物理模型教學研究 D.南昌: 江西師范大學，2008:30-45.2彭森，中學物理模型教學研究D.江西師范大學，2004: 9,29-36.3 Malcolm Wells,David Hestenes,Gregg Swackhamer.A mod

7、eling method for high school physics instruction.Am.J.PhysJ.63,1995:606-6194林應國，物理模型在物理教學中的作用J.四川文理學院學報，2008, (6): 149-151.5田世昆，胡衛平著.物理思維論M.南寧：廣西教育出版社，1996:143,201.6劉海，高中物理模型構建教學的理論與實踐研究D.長春：東北 師范大學，2008: 26-40.7裴娣娜，教育研究方法導論M.安徽：安徽教育出版社，2000.8李新鄉，張軍朋.物理教學論M.北京：科學出版社，2009.9賈光武，高中物理模型教學的研究與實踐D.蘭州：西北師范

8、大學，2006: 54-56.10譚會，中學物理模型教學設計的理論與實踐研究D.東北師范大學，200911陳傳堯，啟發式教學與創造性思維的培養J.高等教育研究，1998(5):62-6412吳國勇，談物理模型在物理教學中的地位和作用J.物理教師，1999, (1): 19-20.13王少靜，運用原始物理問題提高學生建立物理模型能力的研究D.河北師范大學，2010.五、文獻綜述（在對選題涉及的研究領域的文獻進行廣泛閱讀或調查的基礎上，對該領域 的研究現狀、發展動態等內容進行綜述，并提出自己的見解和研究思路。不少于700字）物理學是一門研究物質最普遍、最基本的運動形式的自然科學。而所有的自然現象都

9、不是孤立的。這種事物之間復雜的相互聯系， 一方面反映了必然聯系的規律性，同時又存在著許多偶然性，使我 們的研究產生了復雜性，為了解決問題我們提出了物理模型。物理 模型是指：物理學所分析的、研究的實際問題往往很復雜，為了便于 著手分析與研究，物理學中常常采用“簡化”的方法，對實際問題 進行科學抽象的處理，用一種能反映原物本質特性的理想物質（過程） 或假想結構，去描述實際的事物（過程）。這種理想物質（過程）或假想 結構稱之為“物理模型” 2。美國學者David Hestenes（199旗出概念化表征說，認為物理 模型是，對物理系統和過程的概念化表征（conceptual representatio

10、n。模型分為三類：系統圖式 schema包括（內部）組 成要素、（外部）施力物體、連接物描述符（示例），包括物體變量 m,q,I、狀態變量x,v、相互作用變量 F、相互作用律 F=GmM/r、 變化律Ft= P3。作為對物理事物簡化描述的物理模型，不僅能夠解釋物理現象 和實驗定律，而且也常常能夠作出科學的預言，指明進一步研究的方 向。比如海王星的發現就是對物理模型的研究而作出科學預言的實 例。法國學者布瓦爾得通過不斷地對天王星觀測后發現，根據不同時間的資料計算出的天王星運行軌道互不相同。德國數學家貝塞爾為解釋這一實驗事實，利用開普勒行星軌道模型和牛頓引力理論，大膽預 言存在一顆新的行星。194

11、6年9月23日，德國天文學家伽勒觀測到 了這顆行星，即海王星，從而證實了貝塞爾預言的正確性。再如，盧 瑟福的原子核核式模型。盧瑟福從實驗事實（粒子散射實驗）出發， 分析粒子偏轉的三種現象，推翻湯姆生的葡萄干布丁模型，再建立起 原子核的核式結構。在這一過程中，既利用了分析、比較、抽象、概 括等抽象思維的方法，也利用了形象類比等形象思維的方法， 是抽象 思維和形象思維共同作用的物理模型的建立過程。物理模型是物理規律和理論賴以建立的基礎。法拉第在1852年，對帶電體、磁體周圍空間存在的物質，設想出電場線、磁場線一 類力線的模型，并用鐵粉顯示了磁棒周圍的磁力線分布形狀，從而建立了場的概念，對當前的傳統

12、觀念是一個重大的突破。1905年愛因斯坦受普朗克量子假設的啟發，大膽地建立了光子模型，并提出著名 的愛因斯坦光電效應方程，圓滿地解釋了光電效應現象。盧瑟福以特 有的洞察力和直覺，抓住粒子轟擊金箔有大角度偏轉這一反常現 象，從原子內存在強電場的思想出發，于 1911年構思出原子的核式 結構模型。“哈勃定律”所反映的大爆炸宇宙模型，指出了我們周圍 的宇宙并不是靜態的、恒定的、而是動態的、膨脹的。從而沖破了傳 統觀念的束縛，為研究宇宙的起源和演化掃清了道路。在研究物理問題當中，將物理對象、物理過程或物理情境處理成簡單的模型后進行分析與計算十分常見。 例如宏觀現象中的“日心 說”、微觀現象中的“原子核

13、式結構模型”等；又如物理概念的建模 有：質點、點電荷、單擺、彈簧振子、電場線等；物理過程的建模有： 勻速直線運動、勻變速直線運動、自由落體運動、平拋運動、勻速圓 周運動、簡諧運動、簡諧波等；物理情境的建模有：碰撞模型、子彈 打木塊模型、帶電粒子在電場中運動模型等；物理實驗的建模有：伽 利略的理想實驗模型、盧瑟福的粒子散射實驗等。在建構物理模型的思維方法方面，國內研究者，雖然已認識到 物理模型不只是簡單的圖形，還有深刻的理論內涵，但是在觀念上 卻沒有完全轉變，相比之下，國外學者的觀念突破了物理模型的“形” 的局限，達到了 “質”的高度，他們把圖像或圖景看作是對物理模 型的一種形象化表征方式。下面

14、綜合各資料將有關物理模型的一些概念及教學理論做個綜述。同時也給出本人的一些研究思路和見解。xia（一）物理模型分類物理模型是一種高度抽象的理想化的心理構造物， 根據理想化的 對象的不同，有些資料上認為應分為兩類，但本人認為應分為三類更 為恰當。（1）對象模型中學物理模型教學研究用來代替研究對象實體的理想化模型為 對象模型，高中物理中對象模型主要有以下一些： 質點、輕繩、輕桿、 輕滑輪、輕彈簧、不可伸長的細線、理想氣體、點電荷 （光源）、檢驗 電荷、勻強電（磁）場、純電阻用電器。（2）條件模型把研究對象所處的外部條件理想化建立的模型為條件模型，高中 物理中學物理模型教學研究中的主要條件模型有：光

15、滑表面、恒力、 真空。(3)過程模型實際的物理過程都是諸多因素作用的結果， 忽略次要因素的作用 考慮主要因素引起的變化過程為過程模型。 高中物理的主要過程模型 有：勻速直線運動、勻變速運動(自由落體運動、豎直上拋運動、平 拋運動)、勻速圓周運動、簡諧振動、碰撞、等溫、等容、等壓變化 4。(二)物理模型特性物理模型都是從自然界中抽象概括出來的， 它是在理想化思維條 件下建立的結果。理想化思維方法是一種思維主體運用非邏輯性思維 認知和邏輯性思維認知相結合的科學思維方法。物理模型是理想化思 維的一個具體表現形式，它具有以下基本特性。(1)抽象性和形象性的統一抽象性和形象性的統一，即物理模型的建立離不

16、開抽象思維和形 象思維相結合，物理模型也是抽象性與形象性的統一。(2)科學性與假定性的統一科學性與假定性的統一，即物理模型以科學知識和實驗事實為依 據，經過分析、綜合、比較、抽象、概括、推理等一系列邏輯論證而 建立，因而具有科學性；另外，在建模過程中，除抽象思維，還要利 用形象思維和直覺思維，而任何物理模型都只是對客觀實際的近似反 映，又具有一定的假定性，其正確性要靠實驗來驗證。（3）美學性美學性，即物理模型能簡明扼要地揭示物理問題， 體現了它的形 式美；物理模型是知識與思維的產物，是知識與能力的完美結合，體 現了它的和諧美；隨著學習的深入，學生對同一模型會有不同層次的 體會和感悟，會為它豐富

17、的內涵所折服，體現它的內在美 5。（三）物理模型心理學基礎認知加工理論認為加工系統是在認知過程中對實際信息進行加 工和處理的，這是整個認知系統的中心，它包括五個基本的認知過程： 注意、編碼、復述、聯結和監控。這五個基本過程可以有多種不同的 組合，以適用于形成不同的概念、命題和圖式。物理模型作為物理知 識理解及處理信息的圖景在個人的認知記憶系統及加工系統中具有 重要的作用。在加工系統中，模型有利于進行知識的編碼，形成正確 的圖式進行復述、聯結。物理模型在物理學科的學習中具有自身的認 知機制，所表現在學習知識時的構建模型過程與解決問題時的運用模 型過程。對于物理模型的認知機制，它應該具有一種是“知

18、識組塊圖 示”的理解。物理模型的實質是運用有關的知識組塊對當前要解決的 問題進行分析及推理，利用原有的知識組塊（舊的模型）迅速發現解 決問題的方向或途徑的思維方式6。物理模型可以提高學生對所學的物理知識（包括陳述性知識和程 序性知識）的概括和組織程度。構建模型的過程及應用模型解決問題 的過程實際上就是一種知識的深加工過程， 模型具有的是一種有機框 架結構，而且具有一定程度的問題分析、解決的邏輯性，可通過物理 模型學習、應用提高問題解決能力。（四）物理模型教學理論1 .物理模型教學過程理論深入分析物理模型的基礎上，結合教育教學規律并借鑒前人的研 究成果和物理學科探究的特點，有如下的實踐模式：提出

19、問題一探究建模一應用模型一變式訓練一反饋評價環節一：提出問題這一環節的主要任務是：創設具有一定興趣的實際生活問題情境，但最好給出相關數字，所創設的問題情境要形象生動，且有利于 學生內心體驗，問題要使學生產生知與不知的矛盾，激發學生求知欲。環節二：探究建模這一環節的任務：對所提出的問題情境仔細思考，進行分析，在 分析問題情境的基礎上，確定問題的對象、過程和實質；通過排除次 要因素和理想化等手段，使研究對象理想化和研究過程理想化， 建立 相應的模型。這一環節要強調學習者的主動參與， 讓學習者參與模型 的建立過程。環節三：應用模型階段這一學習環節有兩部分：利用模型形成概念和規律、應用物理模 型解決問

20、題。課堂教學中新課教學主要涉及到第一部分，即在學習中通過建立的物理模型，加深對物理現象和物理過程的理解，進而形成 概念、發現規律。復習課和習題課中主要涉及到第二部分，利用建立 好的物理模型來解決問題。環節四：變式訓練教師提供新的類似的問題情境，考查學生前面建立的物理模型能 否用來解決新的問題，以達到鞏固建立的模型的目的和培養學生的模 型遷移能力和原始問題解決能力。環節五：反饋評價反饋評價環節雖然列在最后一個環節，但它應當貫穿于整個教學 過程中，以便及時幫助學生調整思維方向，認知策略。在這個過程中 采取過程評價為主，終結性評價為輔的評價。2 .在不同課型中的物理模型教學2.1 物理概念的模型教學

21、物理概念是物理現象的共同特征和本質屬性在頭腦中概括和抽象的反映。學生形成物理概念一般要經歷認知定向、找出共同特征、 認識本質屬性、進抽象表達和深入理解概念這樣一個大致的過程。物理概念的模型教學可如下進行：引入概念理由一找出共同特征一建模抽象本質-表述概念一應 用模型下面對以上概念教學過程進行說明：(1)教學的起點上，讓學生明確為什么要引入這個概念，使學生認知活動有一明確的指向。這個過程是依托一定的事實情景來實現 的，只有適應學生心理的描述，才能有效地接受。(2)指導學生找出物理現象或物理過程的共同特征。這一過程 一般有兩種方式：首先是歸納的方式進行。其共同特征直接從事實中 總結出來的概念，通常

22、由歸納分類的方法得出。其次是概括的方式進 行，一般用在學習比較抽象的物理概念。(3)指導學生抓住共同特征所反映的本質物理屬性。只有抓住 了物理現象或物理過程的共同特征所反映的本質屬性，才能形成物理概念。(4)指導學生對抽象的結果進行表述。在抽象出一類物理現象 和物理過程的共同特征和本質屬性之后， 用簡潔的文字語言、數學式 或圖象表示物理概念。(5)指導學生深入理解物理概念。這一過程實際上就是在概念 形成中抽象出的物理模型進行再現的運用過程， 并要依據模型的圖景 對概念進行豐富及完善。我們在教學實踐中通常用變式和例證來指導 學生理解物理概念。在物理概念的學習中建立模型要求必須有足夠的物理情景及物

23、 理事實去進行對比歸納，從中找到最基本的特征進行描述，當然要 把概念的描述與頭腦中的物理抽象模型進行對應，以利于在新的情 景中進行遷移。2.2 物理規律的模型教學物理規律是自然界中物理客體屬性的內在聯系體現，是事物發展和變化趨勢的反映。物理規律包括物理定律、定理、定則、原理、方 程等。學生掌握物理規律的一般過程如下：認知規律定向-規律模型建立-規律表述-規律適用條件-規律 模型應用教學實踐中通過以下程序指導學生掌握物理規律:(1)指導學生明確規律的定向。要讓學生明確物理規律建立的目 的，從哪些方面的過程及情景中來建立這一規律， 從而使學生的思維 加工活動指向確定的方向。(2)指導學生弄清規律的

24、建立過程，要有效地抽象出其對應的最 簡潔模型。物理規律的建立過程有兩種形式。首先是歸納法，我們必 須指導學生明確它的實驗依據和實驗中現象出現的原因，并樹立起物 理定律的建立需來自于觀察實驗結果的觀念， 明確要由現實情景抽象 出物理學的最簡潔規律。其次是通過演繹法建立物理規律。(3)把握物理規律的“文字表述”、“數學表達式”、“函數圖像” 三種表達式，并能把它們融為一體。不論哪一種表述的本質上來看都 應與一定的物理模型進行映射，通過模型的情景對應，使規律的本質 與現象相應結合。(4)強調物理規律的適用條件和范圍。 即相對應的模型在圖景展 示上要有確定條件，模型只是對相關規律構建上的情景抽象， 因

25、而所 構建的模型要有清晰的實際條件限定。總的來說，我們可以通過通過對物理模型的類比遷移和把生活中 的原型分解簡化抽象成理想物理模型， 可以突破思維障礙，簡化并正 確解答看似復雜的實際問題。2.3 物理習題的模型教學物理習題教學是物理概念及規律的應用中知識提高的課程教學。 物理概念及規律對應的物理模型在學習中得到有效的運用有利于加強學生形成良好的知識與模型的對應理解。 通過習題的物理模型構建學習使得學生對物理知識所對應的情景有更深的理解，尤其是對于抽象概括出來的概念及規律特征得到較明確地認識。習題教學中應做到一下幾方面：(l)抓住模型的結構特點，合理聯想，活躍解題思路，可以使題 目化繁為簡，變難

26、為易。(2)挖掘模型中隱含的相關知識，把握特征，強化應變能力。(3)緊扣模型的物理本質，抓住關鍵，活化知識結構。(4)建構合理的知識體系，巧用類比，觸發頓悟性聯想。例：有一項血液檢查叫“血沉”。設血液是由紅血球和血漿組成 的懸浮液，將它放進豎直放置的血沉管內，紅血球就會在血漿中勻速 下沉，其下沉的速率就叫血沉。某人的血沉值為v=10mm/hi把紅血球看作是半徑為 R的小球，它在血漿中下沉時所受的粘滯阻力為f=6兀刀Rv,其中 刀=1.8 X10 3Pas,血漿的密度為p 1= 1.0 x 103kg/m3,紅血球的密度為 p 2 = 1.3 x 103kg/m3,試估算紅血球半徑 的大小。解：

27、紅血球在血漿中勻速下沉時的受力，F 1為血漿對紅血球的浮 力，F2為紅血球的重力，f為粘滯阻力。這三個力的合力為零。F2=F1+f , F1 = p 1Vg, F2= 2 2Vg, V= 4/3 兀 R3 代入數據計算后可得 R= 2. 7X10- 6nl分析：很多學生看到這樣一道隱藏在生物學中的物理題時，都會感到束手無策，不知道從何下手。在此題的物理情境中，建立物理模型過程如下：(1)明確研究對象。血漿為液體，紅血球為液體中的物 體；(2)弄清物理過程。紅血球勻速下沉，物理過程為勻速直線運動；(3)深刻挖掘其與熟悉的物理模型間隱含的共性，實現模型的類比 和移植。勻速直線運動物體受力平衡，根據

28、受力分析列出公式，解決 物理問題。在習題練習中，首先要讓學生搞清問題，建立問題的物理圖景，其次構成“物理模型”，“突出實質，顯示關鍵”，就會對解題的要領、 途徑，甚至結論進行快速正確的直覺判斷。在中學物理教學中運用物理模型教學法， 對于學生學習物理知識 具有很大的指導作用，具體體現在以下幾個方面。(1)有利于學生形成清晰的物理概念。物理概念是反映物理現 象和過程的本質屬性的思維形式， 是物理事實的抽象，這不僅是物理 基礎理論知識的一個重要組成部分，而且是構成物理 規律和公式的理 論基礎，物理概念中有相當一部分是以模型的形式出現 (概念模型) 它們是物理現象和事實抽象出來的，用來表征物質屬性和描

29、述物質運 動狀態的。學生對物理模型這個 科學方法的精髓是否領會，直接影響 他對有關概念的理解、掌握和運用，影響對物理知識整個大廈的構建， 因為概念是構建這個大廈的基石。(2)有利學生對物理規律的正確理解。物理規律是物理知識的 骨架，是物理學的核心的內容。物理學中所總結出的反映運動變化的 規律實質上就是物理模型的運動變化規律，從研究的主體對象到研究 的過程無不體現模型觀點和方法。物理規律的教學過程實質上是幫助 學生學習物理模型，運用物理模型，有助于學生對物理規律的深刻理 解，有利于學生對物理意義領會，準確把握物理規律的成立條件和適 用范圍。(3)有利于學生解決實際問題。每一個具體的物理問題所描述

30、 的物理現象或過程都對應著一定的物理模型，要解決問題必須要對對 象進行抽象簡化和近似處理，以建立起一個合適的物理模型，若模型 建立起來了，就等于已經揭開了掩蓋著物理現象和過程本質的面紗， 必要時再用等效、類比等方法將問題進行異形處理(異化構建模型)， 問題就迎刃而解了。在當前教育界把培養學生的創新能力和實踐能力作為素質教 育主旋律的大背景下，以及國外物理教育改革的方向，我國的物理 教學也將更多地面向科學、技術和社會。因此，在中學物理的教學 中要有意識地向學生滲透和灌輸物理模型的思想，培養學生的學習 和掌握物理模型的能力。這不僅是學好物理書本知識的客觀需要， 而且是素質教育的必然走向。六、工作進

31、度安排（時間、內容、步驟）七、預期成果（以上內容在教師指導下由學生填寫） 日學生簽名：20年月八、指導教師審核意見：指導教師簽名：日20年月九、教研室審核意見：教研室主任簽名：20年月日附件： 物理模型教學案例“探究平拋運動規律”教學案例1 教學目標知識目標：1）了解平拋運動概念；2 ）掌握平拋運動規律，并能進行有關的計算；能力目標：1）理解理想化的方法建立物理模型；3 ）學會用近似處理方法來解決物理問題；4 ）培養學生的觀察實驗能力、思維能力；情感目標： 1）通過實驗驗證教學，激發學生學習嚴謹的作風，以此滲透刻苦學習、勤奮工作精神的美德教育；2 ） 培養交流合作精神， 自己與他人交流中養成既堅持原則又尊重他人的品德；2 教學用具多媒體、平拋豎落儀、平拋水平分解儀、數碼攝像機、視頻處理 等軟件。3 教學過程：（ 1）提出問題先用生動活潑的語言描述生活中平拋運動現象，